弹性压应力对TB3合金α相时效析出行为的影响
金属学与热处理课后习题答案(崔忠圻版)东北大学
第十章钢的热处理工艺10-1 何谓钢的退火？退火种类及用途如何？答：钢的退火：退火是将钢加热至临界点AC1以上或以下温度，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。
退火种类：根据加热温度可以分为在临界温度AC1以上或以下的退火，前者包括完全退火、不完全退火、球化退火、均匀化退火，后者包括再结晶退火、去应力退火，根据冷却方式可以分为等温退火和连续冷却退火。
退火用途：1、完全退火：完全退火是将钢加热至AC3以上20-30℃，保温足够长时间，使组织完全奥氏体化后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。
其主要应用于亚共析钢，其目的是细化晶粒、消除内应力和加工硬化、提高塑韧性、均匀钢的化学成分和组织、改善钢的切削加工性能，消除中碳结构钢中的魏氏组织、带状组织等缺陷。
2、不完全退火：不完全退火是将钢加热至AC1- AC3（亚共析钢）或AC1-ACcm（过共析钢）之间，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。
对于亚共析钢，如果钢的原始组织分布合适，则可采用不完全退火代替完全退火达到消除内应力、降低硬度的目的。
对于过共析钢，不完全退火主要是为了获得球状珠光体组织，以消除内应力、降低硬度，改善切削加工性能。
3、球化退火：球化退火是使钢中碳化物球化，获得粒状珠光体的热处理工艺。
主要用于共析钢、过共析钢和合金工具钢。
其目的是降低硬度、改善切削加工性能，均匀组织、为淬火做组织准备。
4、均匀化退火：又称扩散退火，它是将钢锭、铸件或锻轧坯加热至略低于固相线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。
其目的是消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀化。
5、再结晶退火：将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持适当时间，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。
其目的是使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒，同时消除加工硬化和残留内应力，使钢的组织和性能恢复到冷变形前的状态。
Li对Al-3.5Cu-1.5Mg合金力学性能与时效析出行为的影响
Li对Al-3.5Cu-1.5Mg合金力学性能与时效析出行为的影响邓运来;杨金龙;李思宇;张劲;张新明【期刊名称】《中国有色金属学报（英文版）》【年(卷),期】2014(000)006【摘要】采用拉伸实验、扫描电子显微分析(SEM)、透射电子显微分析(TEM)、高分辨电子显微技术研究Li添加对Al-3.5Cu-1.5Mg合金力学性能与时效析出行为的影响。
结果表明：添加1.0%Li能使Al-3.5Cu-1.5Mg合金的峰值时效拉伸强度明显提高，伸长率略有下降。
峰值时效拉伸样品的断口形貌由韧断口转变为韧/脆混合型。
Li使合金185°C 峰值时效时间由12 h 延长至24 h，析出相由 S'(Al2CuMg)转变为S '(Al2CuMg)+δ'(Al3Li)。
在Al-3.5Cu-1.5Mg-1.0Li合金中，S'(Al2CuMg)相时效析出延缓。
%The influence of Li addition on mechanical property and aging precipitation behavior of Al-3.5Cu-1.5Mg alloy was investigated by tensile test, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and high resolution transmission electron microscopy (HRTEM). The results show that the tensile strength can be significantly improved with the slightly decreased ductility and the form of fracture morphology is converted from ductile fracture intoductile/brittle mixed fracture by adding 1.0%Li. Besides, the peak aging time at 185 °C is delayed from 12 to 24 h and the main precipitation phase S'(Al2CuMg) is converted into S' (Al2CuMg)+δ'(Al3Li), while the formation of S'(Al2CuMg) is delayed.【总页数】6页(P1653-1658)【作者】邓运来;杨金龙;李思宇;张劲;张新明【作者单位】中南大学材料科学与工程学院，长沙 410083;中南大学材料科学与工程学院，长沙 410083;中南大学材料科学与工程学院，长沙 410083;中南大学材料科学与工程学院，长沙 410083;中南大学材料科学与工程学院，长沙410083【正文语种】中文因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
压缩变形对6063铝合金的变形特性和析出相粒子回溶的影响
压缩变形对6063铝合金的变形特性和析出相粒子回溶的影响第27卷第4期2006年8月材料热处理TRANSACTIONS0FMATERIALSANDHEATTREATMENTV o1.27No.4August2006压缩变形对6063铝合金的变形特性和析出相粒子回溶的影响许晓嫦,刘志义,(1.中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙党朋,于文斌,宁爱林410083;2.邵阳学院机械工程系,湖南邵阳422004)摘要:通过硬度测试,透射电镜图像和x射线衍射图谱分析,研究了6063铝合金在压缩变形过程中的显微组织和性能变化.结果表明:在压缩变形初期,6063铝合金在过饱和态,峰时效态和过时效态的硬度均呈近似直线上升,它们的硬化能力按下列顺序降低:峰时效,过饱和态,过时效.出现硬度下降后,压缩率则按上列顺序增大.强塑性变形过程中出现析出相析出和回溶有利于降低加工硬化引起的脆性.关键词:6063铝合金;强塑性变形;回溶;时效;压缩变形中图分类号:TG146,21;TG113文献标识码:A文章编号:1009—6264(2006)04—0073—04晶粒细化是提高材料综合性能的有效手段之一.工业应用前景广泛的强应变大塑性变形法,只需通过塑性变形即可达到晶粒细化的目的.因此,其主要加工方法,如扭转变形,等径挤压(ECAP),反复重叠轧制法(ARB)等已经得到国内外材料科技人员的广泛关注,成为材料领域的研究热点.在研究中发现一种新现象:强烈的塑性变形不仅可以获得亚微米和纳米级等轴超细晶粒,而且还可改变合金中析出相的形态,并引起这些异相质点在室温下回溶到母相中.6063铝合金主要析出相是Mg,Si,有时有少量的si.主要用于汽车车身和车身板,飞机发动机,船舶,电视天线,输油管道等,作高强度变形结构件.作者采用强塑性变形方法获得超细化晶粒,显着提高材料的强韧性研究中,仅有很少人对对6063铝合金的等径角挤压(ECAP)形变进行了研究.为了更全面了解6063铝合金在强塑性变形过程中的组织,性能变化,本文通过硬度试验,透射电镜图象和x射线衍射图谱分析等试验方法,研究了强压缩变形对6063铝合金的变形特性和析出粒子回溶的影响.1试验材料与方法6063铝合金为供应状态的热轧板材,厚度为10mm,化学成分(wt%)为:1.0%Cu,0.8%Si,0.7%Mg,其余为A1.机加工成10mm×10mm×10mm方形热模拟试样.其热处理工艺如表1所示,通过透射电收稿日期:2005—10—26;修订日期:2006—06—21基金项目:国家自然科学基金资助项目(50571069);湖南省自然科学基金资助项目(05JJ40005)作者简介:许晓嫦(1963一),副教授,博士,Tel:0731—8836011.镜观察和电子衍射图谱测定出它们的析出相也同列在表1中.表l6063铝合金在四种热处理工艺下的相组成Table1Thephasesof6063alloy压缩变形在G一1500热模拟机上进行.压缩率=(试样原始高度一试样压缩变形后高度)÷试样原始高度×100%,本文中"压缩率"指"累积压缩率"(变形第1次产生的"压缩率"+变形第2次产生的"压缩率"+变形第3次产生的"压缩率"+……).在变形过程中,试样采用冷水冷却.在维氏硬度测试仪上测量硬度值,载荷为100克.透射电镜试样采用常规电解双喷方法制备,电解液为硝酸,甲醇体积比为1:3混合,电解温度为一25℃,显微组织观察在JEOLJEM一2000EX电子显微镜上进行,衍射和衍衬分析用加速电压为160kV.x射线衍射样品为块状,实验在XD98 型x射线衍射仪上进行.2试验结果与分析2.1硬度试验6063铝合金在四种热处理状态下的硬度随压缩74材料热处理第27卷率的变化如图1所示.随累计压缩率的增大,四种状态的硬度都增高,但增高的幅度各不相同.在四种曲线上都有1—2个峰值.通过透射电镜和x射线衍射分析可知,第一次硬度下降出现的峰值是由于组织组成发生变化所造成.固溶状态的试样是因为强塑性变形引起过饱和固溶体脱溶,在变形带析出稳定相13.其它三种状态下的试样由于有两相存在,在增大压缩率的过程中,介稳相(13"和13)和稳定相(13)产生变形,断裂和碎化;最后,因一部分析出相粒子回溶于基体中重新形成过饱和固溶体,从而产生硬度下降. 图16063铝合金在四种热处理状态下,硬度随压缩率变化曲线图(Nol:固溶态;No2:峰时效态;No3:过时效l态;No4:过时效Ⅱ态)Fig.1Thedependenceofhardnessof6063alloyoncompression atfourheat—treatmentprocesses(Nol:supersaturation;No2:peakageing;No3:overageingI;No4:overageing1I)表2是根据图1的曲线得出的6063铝合金在强烈压缩变形下的性能特征.表26063铝合金在四种热处理状态下的形变特性Table2Thedeformationfeaturesof6063ahoyunder fourheat—treatmentprocesses从表2中数据可知:在原始状态以峰时效试样的硬度最高,过饱和固溶体状态试样最低,当达到第一峰值时,以峰时效试样达到的硬度最高,过时效工状态次之,随后是过饱和态试样,而过时效Ⅱ状态试样的硬度最低;引起析出相回溶的压缩率,以峰时效最小,约100%,导致过饱和固溶体脱溶的压缩率约120%,居第二位;过时效工和过时效Ⅱ状态引起析出回溶的压缩率分别为160%和180%.从图1可以观察到,在第一峰值时效前,硬度与压缩率之间保持近似直线的关系.此直线的斜率现称之为形变硬化常数(通常的加工硬化系数是从拉伸应力一应变曲线上测定).从表2中得知,此硬化常数以峰时效态试样最大,随后是过饱和态,过时效工和过时效Ⅱ状态的试样.2.2透射电镜观察对6063铝合金在不同状态下的试样进行透射电镜观察时发现:随压缩率的增大,介稳相(和口)和稳定相(口)颗粒都出现变形和破碎,颗粒尺寸变小,密度增大,这一现象与文献[8,9]所报道的相同.图2是处于过时效Ⅱ状态的试样在压缩变形前后稳定相(口)颗粒的形态变化透射电镜图象.比对图2a与图2b可发现:呈粗片状的8相当压缩变形140%后已经断裂,产生许多短片,颗粒密度增加.图2中p为数值密度(Numberdensity)表示单位体积(m)中颗粒数量.每种状态测定100—500颗粒,求平均值.按照定量透射电镜法"j测得.从图2中可以观察到,随压缩率连续增大至220%,过时效时析出的粗大片状稳定相(口)长度变短,形状变得不规则,最后变成基本均匀分布的大小颗粒状,颗粒的密度显着增多.图2c是处在第一峰值时的图象,口相已经变成比较均匀分布的颗粒,只是不同取向上仍保留短片状.测得此状态的数值密度达到1139/~m～,增大了4.6倍.继续增大压缩率至260%(图2d),8相颗粒由于回溶而大减,测得此状态的数值密度降至670t~m.2.3x射线衍射分析图3为6063铝合金在峰时效状态与过时效工状态压缩变形前后的x射线衍射图谱.从图中的曲线可以明显观察到:较大的压缩变形导致析出颗粒产生回溶后,衍射曲线上不少的Mg2Si衍射峰消失或峰高降低.3讨论3.1在硬度一压缩率曲线上出现高低起伏的原因从图1中观察到,在硬度一压缩率曲线上出现第一个较大的峰值后,往往还在深度压缩时再次出现几个较小的峰值.从透射电镜图片观察及x射线衍射第4期晓嫦:缩变聒坩0363铝台金的蔓形特性和忻Ⅲ相粒子溶的响f26063金过时效(11l状卷样在f刚缩率下的透射电镜l剖象ln)压缩前,瓤粒密度o:2(~mt':.h-J缩率I40%,f)=8ln1';)垤缩率220%.p=I13研山?;cd)压缩率Ⅻ*,P=1Fig2TmlllEI】ne]el:ln)llrlli~'mgmphsof6063日l】under…rageinglaJ【)nⅢtll㈣¨ipre~.p2(13/~m;|lI)eom(~sibiiity=14091.825Hm;tlI?ompressil.】lJtv220%,n=II39/cm,;【l¨eompr~sihilily=260%.p=670/ml'——J.L0-￡JI』.:2J.i#一一^.南..''—Jl_2r-36(]63裔盒峰"4敏帜忠下(a.来嘭;l?.1K缩童I4o%】嗣l址时妓lF知来监形;一1/I{缩变形0%)的x时线衔村jFig3X—raydiflltll….t~LIhmflitIldkag~tlI)1tlmt-T1I1f6063alluy(-…cc)mI';h—afterI)%l1】ms'lll】】)and^lrnvral~edSl…lⅥe¨l('一Pliort0【0n11)I_:(jdfI-r260%r一…『…)l1)图谱分析经确定.第,\峰值是m于强F1:变形引起的析m粒子网溶导致『!}勺硬崖F降值超过了形变艘化造成的硬度升高冈此出现硬度F降进?步"三缔变彤,试样蹦度呐变化取决十忻粒子『}勺_口I溶软化--5形变硬化的综合结,前旨作用,陵榉硬度继续下降:后者作用火,刚硬度H1现回刊.3.2析出粒子回溶在强塑性变形中的有益作用大的实验资料表J埘,采强性变彤方法获取超细等轴品粒时,等值变形埴应在8—10以l:在ECAP【等径角挤碰)加F,等值应变为2,4.8和l0时,大角度晶界的百分数分别为25%,51%,78%亘几此大的变形,所引起的加[硬化将导致材料的塑韧急剧降如6063铝台金经过l岛压扭转后,最高硬度达I80一l90H".比未变形前的63Hv提高了近两倍.这种强烈的加T硬化效应必将掩盖超细晶粒对材料强度和韧性的作用,目前解决这一问题的方法是采取再次低温加热.而200:以J:的加热虽然可降低加T硬化造成的埋剖性r降,『日同时也引起晶粒尺寸堂大J]IT热温度越高t粒靼化越显着,从而削弱J强塑性变形的f有的效果析出相溶.使强塑性童彤过程中,堆积在析出中H瓤札周围的位错数量大减,从而可r』降低品内或品内的俺错密度,使基体的变形住微观上更均匀有利十位锘壁干lJ位错胞的均匀彤成现已证实..庄懂塑性变形巾形成的位错胞屉产一超细品粒自{=J基础可见.析出卡『1 回溶有利f减轻加_[删化刘材料翩¨的危害,促进均匀的人角度趟细晶粒的牛成4结论1)在压缩变形过程中.6063锅台参在初期阶段.碰度随缩率的增大旱近似商线的升,以峰时效的变形硬化常数最大.凹挤态次之,过时教怎景小;2)当压缩牢超过定值时.过饱和崮溶件中析出相析出,双相状态(峰时效和过时教)试样发生介稳相(和p)和稳定船(p)的回溶,将0J起63铝合金的硬度F降.产生第一次硬度下降所需的压缩率按下列顺序递增:峰时效,固溶体,过时效;3)两相状态的6063铝合金在压缩变形过程中.76材料热处理第27卷不论析出相颗粒的大小,都出现变形和破碎,尺寸变小,密度增大.颗粒的数值密度最大可增加近4.6倍;4)在强塑性变形过程中,因过饱和固溶体脱溶和两相合金的析出相回溶导致合金硬度下降有利于减轻加工硬化带来的塑韧性下降,使晶内堆积位错密度降低,促进位错胞的形成,对改善超细晶粒组织的塑韧性有益.参考文献[1]ShinDH,KimI,KimJ,eta1.Microstructuredevelopmentduringequal—channelangLllarpressingoftitanium[1].ActaMater,2003,51:983—996.[2]MayJ,HoppelHW,GokenM.Strainratesensitivityofultrafine—grainedaluminumprocessedbysevereplasticdeformation[J].ScriptaMaterials,2005,52: 189—194.[3]KrasilnikovN,LojkowskiW,PakielaZ,V alievR.Tensilestrengthandductilityofultra-fin e—grainednickelprocessedbysevereplasticdeformation[J]. 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弹性变形对材料弹性系数的影响分析
弹性变形对材料弹性系数的影响分析弹性系数是衡量物质弹性属性的重要指标，它描述了材料在受到力的作用下发生弹性变形的能力。
弹性变形是材料在力的作用下发生的可还原的形变，它不会导致材料的破坏。
本文将从几个不同角度来分析弹性变形对材料弹性系数的影响。
首先，弹性变形对材料的应力-应变关系有着直接影响。
根据胡克定律，应变与应力之间的关系是线性的，即应力等于弹性模量乘以应变。
当材料受到外力作用发生弹性变形时，胡克定律成立。
但是如果弹性变形超过一定范围，材料就会进入塑性变形区域，胡克定律不再成立。
因此，弹性变形对材料弹性系数的影响主要体现在它对应力-应变关系的线性程度上。
其次，弹性变形对材料的机械性能有着重要影响。
通过控制弹性变形的程度，可以改变材料的硬度、韧性等性能指标。
以金属材料为例，当金属受到外力作用时，发生弹性变形，金属的硬度会增加。
这是因为材料的内部结构发生了微观的变化，晶粒间的位错增加，从而增加了材料的硬度。
另一方面，弹性变形还能够增加材料的韧性。
当力作用撤销后，经历弹性变形的材料可以恢复到原来的形状，从而提高了材料的抗拉伸能力和抗变形能力。
此外，弹性变形还对材料的疲劳性能产生重要影响。
疲劳是指材料在受到反复加载作用下产生的渐进性破坏现象。
当材料发生弹性变形时，晶粒内部的位错沿着滑移面移动，形成了滑移带。
在反复加载的作用下，这些滑移带会逐渐扩展，导致材料发生疲劳破坏。
因此，控制弹性变形的形状和程度，可以提高材料的抗疲劳能力。
最后，弹性变形对材料的导热性能也有影响。
众所周知，材料的导热性能与其晶体结构和微观缺陷密切相关。
当材料受到外力的作用发生弹性变形时，会引起晶格的移动和畸变，从而改变了材料的微观结构。
这种结构的变化会影响材料的导热性能，使其发生改善或恶化。
因此，弹性变形可以通过改变材料的导热性能，对热传导等热学过程产生重要影响。
总之，弹性变形对材料的弹性系数有着多方面、多层次的影响。
从应力-应变关系的角度来看，弹性变形决定了材料弹性系数的线性程度；从机械性能角度来看，弹性变形可以改变材料的硬度和韧性；从疲劳性能和导热性能来看，弹性变形可以影响材料的抗疲劳能力和导热性能。
预变形对TB3合金时效析出行为及其力学性能的影响_宋振亚
2010年 5月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING May 2010收稿日期：2009-05-10基金项目：国家“973”基础研究项目（2007CB613804）作者简介：宋振亚，男，1979年生，博士生，西安交通大学材料学院，陕西 西安 710049，E-mail: szhenya2000@预变形对TB3合金时效析出行为及其力学性能的影响宋振亚1，孙巧艳1，肖 林1，孙 军1，葛 鹏2(1. 西安交通大学 金属材料强度国家重点实验室，陕西 西安 710049)(2. 西北有色金属研究院，陕西 西安 710016)摘 要：研究固溶处理后的预变形对Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al （TB3）随后时效过程中α相析出行为以及时效处理后力学性能的影响。
对于经过预变形的试样时效后在金相显微镜下观察到网状的析出组织。
透射电子显微镜观察表明：预变形时效试样中，α片优先在滑移带、晶界等高密度位错区形核长大，并伴有α片的变体选择效应。
金相与X 射线衍射结果表明，预变形对α相变有促进作用。
拉伸试验结果显示：与自由时效相比，通过冷变形可以缩短时效时间，提高材料拉伸强度，但同时降低了材料的延性。
关键词：β钛合金；预变形；时效；沉淀强化中图法分类号：TG166.5 文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2010)05-0791-05钛合金具有高强度、低密度和优良的抗腐蚀性能，因而在航空航天、发电、体育用品、医用矫形植入体和钻井设备等领域有着广泛的应用[1-3]。
对于航空紧固件的制造而言，常用的有Ti-6Al-4V 合金[4,5]，该合金焊接和冷热成形性好，可通过热处理获得较大的强化效果。
但需要采用热加工成形，其制造工艺复杂、加工设备技术条件要求高，因此成本高。
若使用β或近β相钛合金，可以通过冷加工成形，从而降低生产成本[4,5]。
β钛合金固溶后有着相对较低的强度和高的延性，因而具有优良的冷加工性能[5]，后续的时效热处理可以使工件在整个截面上达到很高的强度[6]。
时效时间对AZ80A镁合金中不连续析出相、连续析出相和力学性能的影响
时效时间对AZ80A镁合金中不连续析出相、连续析出相和力
学性能的影响
张克龙;李慧中;梁霄鹏;陈智;赵梓轩;陶慧;周雄文
【期刊名称】《中国有色金属学报:英文版》
【年(卷),期】2022(32)9
【摘要】通过SEM原位观察、TEM观察和拉伸试验,研究AZ80A镁合金中析出相和力学性能随时效时间的演变规律。
结果表明,在时效初期,反应前沿附近由连续析出(CP)产生的析出相逐渐被由不连续析出(DP)产生的析出相所取代。
随着时效时间的延长,DP区中的椭圆相明显粗化,导致DP区的晶内硬度缓慢降低;而在CP区,初始析出片状相长大的同时,还析出一些细小的片状相,这使得CP区的晶内硬度在时效后期继续缓慢增加。
与CP区相比,DP区具有更快、更强的时效硬化行为。
然而,CP区的时效强化不仅可以弥补DP区的过时效软化,而且还能提高合金的强度。
【总页数】14页(P2838-2851)
【作者】张克龙;李慧中;梁霄鹏;陈智;赵梓轩;陶慧;周雄文
【作者单位】中南大学材料科学与工程学院;中南大学粉末冶金国家重点实验室;中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室;中南大学湘雅医院口腔医学中心口腔修复科
【正文语种】中文
【中图分类】TG1
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S32205双相不锈钢中_相的析出及其对力学性能的影响
第7期
C
Mn
0. 025
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刘复兴 : S32205 双相不锈钢中σ相的析出及其对力学性能的影响
表 1 S32205 双相不锈钢的化学成分 ( 质量分数) Table 1 Compositions of S32205 duplex stainless steel
P
S
Si
Cr
Ni
Mo
0. 03
0. 003
0. 55
22. 35
5. 3
3. 2
·63 ·
N 0. 15
% Fe 67. 192
20 mm 的用于制作金相试样和能谱分析试样的试 料 ,7 组尺寸为 30 mm ×30 mm 的硬度测试试料 。 首先将取好的所有试料进行1 050 ℃×30 min 的固 溶处理 ,水冷至室温 ,目的是获得均匀分布的铁素体 和奥氏体双相组织 。然后对固溶处理后的试料在 850 ℃进行不同保温时间的时效处理 ,保温时间分 别为 5 、15 、30 、45 、60 、120 、180 和 240 min ,冷却方式 为水冷 。
(a) 0 min ; ( b) 15 min ; (c) 60 min ; (d) 180 min 。 图 1 S32205 双相不锈钢在 850 ℃不同时效时间下的金相组织 Fig. 1 Optical metallographs of S32205 duplex stainless steel aged at 850 ℃ with various holding time
·64 ·
钢 铁
第 45 卷
元素的扩散迁移 ,造成合金元素在该位置的富集 ,大 大促进了σ相的形成 。随着时效时间的延长 ,晶界 位置的析出量增多 ,同时原有的σ相晶粒尺寸开始 变大 ,由点状向条状或块状转变 ,并向铁素体一侧延 伸 ,如图 1 (c) ～ (d) 所示 ,明显地看到铁素体被吞噬 的现象 ,表明σ相的析出过程实际是铁素体的分解 转变 。
应力时效影响Al-10Zn-3Mg-3Cu_合金带外纵筋筒形件组织性能研究
精 密 成 形 工 程第16卷 第3期 76JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年3月收稿日期：2024-01-04 Received ：2024-01-04基金项目：国家自然科学基金（52205427）；山西省基础研究计划-青年科学研究项目（20210302124322）；山东省重点研发计划（2023JMRH0302）；山东省博士后创新项目（SDCX-ZG-202203072）Fund ：The National Natural Science Foundation of China (52205427); the Basic Research Program of Shanxi Province (20210302124322); Key Research and Development Plan in Shandong Province (2023JMRH0302); Shandong Postdoctoral In-novation Project (SDCX-ZG-202203072)引文格式：任贤魏, 崔旭, 赵熹, 等. 应力时效影响Al-10Zn-3Mg-3Cu 合金带外纵筋筒形件组织性能研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(3): 76-85.REN Xianwei, CUI Xu, ZHAO Xi, et al. Effect of Stress-aging on Microstructure and Mechanical Properties of Al-10Zn-3Mg- 3Cu Alloy Cylindrical Parts with External Longitudinal Ribs[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(3): 76-85. *通信作者（Corresponding author ） 应力时效影响Al-10Zn-3Mg-3Cu 合金带外纵筋筒形件组织性能研究任贤魏1,2*，崔旭3，赵熹2，薛勇1,2（1.中北大学 材料科学与工程学院，太原 030051；2.国防科技工业复杂构件挤压创新中心，太原 030051；3.陆装驻包头地区第一代表室，内蒙古 包头 014032） 摘要：目的 研究应力时效条件下Al-10Zn-3Mg-3Cu 合金带外纵筋筒形件筋部试样的应力松弛行为，探明基体应力松弛机制以及强韧性协同提升机理。
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（２．西北有色金属研究院，陕西西安７１００１６）
摘
要：对固溶处理后的ＴＢ３合金施ＪＪ［：ｌ～２００ ＭＰａ的弹性压缩应力，同时在５００℃下进行时效处理，以研究弹性应力
对其Ｏｒ，相析出行为的影响。金相观察发现，在施加了应力并时效１ ｈ的试样中发现产生了条纹组织形貌，与此同时应力 时效的样品中ａ转变量明显大于自由时效的样品，这意味着压缩应力加速了Ｂ—ａ的转变过程。ＴＥＭ观察结果表明：在
增刊３
宋振亚等：弹性压应力对ＴＢ３合金ａ相时效析出行为的影响
ｈ
・７０１・
图２是ＴＢ３在５００℃下自由时效和应力时效１
貌。在自由时效３ ｈ的样品中（如图４ａ所示），数个ａ变 体在ｐ晶粒内部均匀析出；一个ａ变体从１３晶界处向晶内 生长，在这簇ａ片的前方有一块“无析出区”。这可能 是由于晶界处仅片的生长引起前方区域Ｂ稳定元素含量
１
对自由状态下的ＴＢ３进行了时效处理。对各种处理状 态下的ＴＢ３进行了金相观察后，用ＲＩＧＡＫＵ
Ｄ／ＭＡＸ－２４０ Ｘ－Ｒａｙ衍射仪进行了物相分析。用
ＪＥＭ－２０１０型透射电镜对各种处理状态下的ＴＢ３样品进 行了微观组织形貌的观察，透射电镜样品用双喷减薄仪
在一２０℃下制备。
［
＿／ｓ硼吣
实验方法
选择ＴＢ３作为研究对象，其具体化学成分为
第３７卷 ２００８年
增刊３ ９月
稀有金属材料与工程
ＲＡＲＥ
Ｖ０１．３７，Ｓｕｐｐｌ．３ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００８
ＭＥＴＡＬ～ＩＡＴＥＲＩＡＬＳ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
弹性１，孙巧艳１，肖 林１，刘 力１，王
航１，陈
威１，孙
军１，葛
鹏２
（１．西安交通大学金属材料强度国家重点实验室，陕西西安７１００４９）
的一致性。
另外，图４ａ中沿着晶界的“无析出区”在图４ｃ中消
失了。
２０／（ｏ） 图３
Ｆｉｇ．３
５００℃下３ ｈ自由时效与应力时效的ｘ射线衍射图谱
Ｘ—ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ＴＢ３ ｓａｍｐｌｅｓ ｂｏｔｈ ｆｒｅｅ－ａｇｅｄ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ—ａｇｅｄ
ａｔ
５００℃ｆｏｒ ３ ｈ
对于应力导致析出相择优取向的研究可以追溯到 ２０世纪６０年代【１￣３１。随着时效成型技术在飞机机翼制 造领域得到了的应用，对于铝合金在弹性应力作用下 的析出行为引起了广泛的研究的兴趣ｆ４￣７１。对于Ｂ钛合 金的加工，常常对固溶后的工件进行冷加工成型，然 后再时效处理获得高强度。这样冷成型后的残余应力 在时效过程中有可能对ａ相的析出产生影响。在铝合 金中，时效析出相是不可变形的硬质相。体积分数一 般不超过５％【８】。然而在Ｂ钛合金中的时效析出相为可 变形的ａ相，其体积分数比铝合金中的高一个数量 级【９＇ｌ们。所以１３钛合金的应力时效析出规律有可能与 铝合金不尽相同，从而有必要对Ｂ钛合金的应力时效 析出行为进行研究。然而，到目前为止，还没有见到 这方面的报道。本文以ＴＢ３为Ｄ钛合金的代表，研究 其在应力作用下时效时ａ相的析出规律。
ｖａｒｉｏｕｓ ｓｔａｔｅｓ：ａｇｅｄ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｓｔｒｅｓｓ－ａｇｅｄｆｏｒｌ
ａｔ
ａｔ
２・３：４暑蓼言毫踹时效的ＴＢ３样品的ＴＥＭ形３讨论
图是自由时效和应力时效的ＴＢ３样品的ＴＥ形
’
ｆｏｒ Ｉ ｈ ｕｎｄｅｒ ２００ ＭＰａ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ
５００℃ｆｏｒ ３
ｈ（ａ），ａｎｄ
ｈ（ｂ），２ ｈ（ｃ），３ ｈ（ｄ）
图２
Ｆｉｇ．２
ＴＢ３金相显微组织形貌 图４各种状态下ＴＢ３的ＴＥＭ形貌
Ｆｉｇ．４
Ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｅｒｏｇｒａｐｈｓ ｓｈｏｗｉｎｇ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆＴＢ３：
（ａ）ｆｒｅｅ－ａｇｅｄ
ａｔ
５００℃ｆｏｒ １ ｈ
ａｎｄ（ｂ）ａｇｅｄ
ｓｔｒｅｓｓ
ａｔ
５００℃
ＴＥＭ ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓ ｓｈｏｗｉｎｇ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ＴＢ３
ａ１．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
Ｓｃｉｅｎｃｅ
ａｎｄ
增刊３
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａ【Ｊ】，１９９８，２５７：８７
宋振亚等：弹性压应力对ＴＢ３合金ａ相时效析出行为的影响
２００５，５３：３００１
・７０３・
【８】Ｙｕａｎ Ｓ Ｐ，Ｌｉｕ Ｇ，Ｗａｎｇ Ｒ Ｈ ｅｔ ａ１．Ｓｃｒｉｐｔａ Ｍａｔｅｒｉａｌｉａ［Ｊ】，２００７，
５７：８６５
１３：９７３
式中，盯是外加压应力，ｐ是外加压应力与ａ片法线的夹
角；△腥产生该ａ片导致的体积收缩量；ＡＣ是ａ与Ｄ两
相的比容差；圪是析出的该ａ片的体积。另一方面，共
格应变与外加应力场的交互作用能的上限１１ ３Ｊ是： △Ｅ’≤８０＂ｃｏｓ（０）以 （２）
【４】Ｚｈｕ Ａ Ｗ，Ｃｈｅｎ Ｊ，Ｓｔａｒｋｅ瓜Ｅ Ａ．Ａｃｔａ Ｍａｔｅｒ［Ｊ］，２０００，４８：
ｔｈｅ ａｎｇｌｅ
片变体，而在约２００ ＭＰａ压应力下时效时，许多晶粒 中只出现了一个ａ片的变体； ２）压应力时效可以阻碍沿着ｐ晶界的“无析出区”
ｓｔｒｅｓｓ
ａｎｄ ｐｌａｔｅｌｅｔ
假设外加压应力与片状析出相的位向关系如图５ 所示。ａ片的面积是Ｓ，由于该ａ片的出现导致相变部分 Ｂ相厚度收缩为Ａ ｔ，那么在外加压应力下形成该ａ片引 起系统能量降低为：
固溶处理３０ ｒａｉｎ后截成长度为１０ ｍｍ的短棒。将固
ｓｔｒｅｓｓ
ａｇｉｎｇ
ＯＵ
ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ
ｔｈｅ
ｓａｍｐｌｅ ｂｙ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｃｒｅｗ
ｎｕｔｓ
溶处理后的短棒状ＴＢ３装到专用夹具中，旋转螺母施
加约２００ ＭＰａ的弹性压应力，然后放入炉中在５００℃ 下时效１～３ ｈ。实验专用夹具示意图如图ｌ，制作夹 ２
２．１
实验结果
时效样品的金相组织
具的材料为高温合金（ＧＨ３６）。为了进行比较，同时还
收稿日期：２００８．０６．Ｏｌ 基金项目：“９７３”国家基础研究项ＩＥＩ（２００７ＣＢ６１３８００）
作者简介：宋振哑，男，１９７９年生，博士生，西安交通大学材料学院，陕西西安７１００４９，Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｚｂｅｎｙａ．２０００＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ
图５外加应力盯与片状析出相的位向关系图
Ｆｉｇ．５ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｓｋｅｔｃｈ ｓｈｏｗｉｎｇ ｔｈｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｓｔｒｅｓｓ口ａｎｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｘｔｅｒｎａｌ
ａｎ ａ
４结
１１
论
５００℃下自由时效的ＴＢ３样品中出现了数个ａ
ｐｌａｔｅｌｅｔ伯ｄｅｎｏｔｅｓ ｎｏｒｍａｌ）
后的的金相组织形貌。可以看出，自由时效样品中，ａ 相在Ｂ晶粒内随机析出，晶界清晰可见。在应力时效 样品中，ｕ相似乎沿着某些有利的位向析出生长，而 形成了条纹状组织。另外可以定性的看出，应力时效 样品中的ａ相析出量明显高于自由时效的样品。
２．２
升高的原因【１０】。图４ｂ４ｄ分别是在～２００ ＭＰａ压应力下
“
７。
・７０２・
稀有金属材料与工程
第３７卷
当一个共格或半共格的析出相出现在母体材料中 时，在析出相和基体间通过晶格错配产生了弹性应变 场。施加一个外应力场会导致沿着惯习面的膨胀或收 缩，这可能导致弹性错配应变的增加或减小。由于这 种错配应变的增加或减小而导致的能量的变化就是外 加应力场与弹性错配应变场的交互作用能。这种交互 作用能可以根据Ｅｓｈｅｌｂｙ弹性夹杂理论进行计算，其大 小与析出相的变体和外应力轴夹角有关。应力时效时， 那种由于存在这种交互作用能而导致形核的能量势垒 降低最多的变体将会优先析出生长，从而导致了应力 诱发析出取向的效应［５，６，１２】。然而Ｈｏｓｆｏｒｄ和Ａｇｒａｗａｌ【１３】 在对ＡＩ．４Ｃｕ合金中研究后认为：由于外加弹性应力场 与错配应变场交互作用能比在外应力作用下相变引起 体积变化所做的功小一个数量级，进而提出了新的应 力诱发析出取向效应的机制一应力诱发溶质原子偏向 扩散机制。
自由时效的样品中出现了数种ａ片的变体，而在应力时效的样品里一些晶粒中只有一种口片变体。这种ａ相在应力作 用下的析出行为可以归因于不同ａ片变体在应力作用下析出时体系自由能变化的不同，那种能量上处于最有利的位向
的ａ变体优先析出。
关键词：ＴＢ３合金：时效；压缩应力；析出行为
中图法分类号：ＴＧ １４６．２＋３：ＴＧ １１３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２．１８５Ｘ（２００８）Ｓ３．０７００．０４
２２３９
【５】Ｚｈｕ Ａ Ｗ，Ｓｔａｒｋｅ瓜Ｅ Ａ．Ａｃｔａ Ｍａｔｅｒ［Ｊ］，２００１，４９：３０６３ 【６】Ｚｈｕ Ａ Ｗ，Ｓｔａｒｋｅ瓜Ｅ Ａ．Ａｃｔａ Ｍａｔｅｒ［Ｊ］，２００１，４９：２２８５ 【７】Ｈａｒｇａｒｔｅｒ Ｈ，Ｌｙｔｔｌｅ Ｍ
Ｔ
ｅｔ
式中￡是ａ片与基体间的错配应变，其余符号意义与（１） 式相同。由于ｑ与ｐ两相比容差很小（～０．１７％），所以上
５００℃时效ｌ、２、３ ｈ的ＴＢ３试样的ＴＥＭ形貌。与自由
Ｘ射线衍射物相分析结果 图３是自由时效和应力时效处理的ＴＢ３样品Ｘ射线
时效样品相比，很明显可以看出：应力时效后的样品
中只出现了一个Ｑ变体；同时ａ片发生了明显的细化。
衍射谱。由于用于衍射实验的样品的形状和大小完全 一致，又在同一台衍射仪上使用相同工作参数，所以 衍射峰的相对高度可以代表相应物相的体积分数的多 少【１１１。应力时效样品中的Ｃｔ相（１１０）晶面的衍射峰比自 由时效样品的明显强度要高许多。这意味着压应力对 Ｄ—ａ相变有明显的促进作用。另外注意到，应力时效 样品中Ｂ相衍射峰的位置与自由时效样品的相比发生 了右移。这是因为应力时效样品中转变的ａ相的量比自 由时效的要大，从而导致了剩余ｐ相中ｐ稳定元素含量 增大；又因为ＴＢ３中Ｄ稳定元素原子半径较Ｔｉｄ＇，从而 导致了剩余Ｂ相晶格常数的降低，进而导致了衍射角度 的增大（根据Ｂｒａｇｇ方程判断）。另一方面，从两种状态 样品中ａ相衍射峰的位置的一致性可以推断其Ⅱ相成分